摘要:應(yīng)用多體動力學(xué)仿真分析軟件ADAMS/CAR建立某車輛的麥弗遜前懸架多體系統(tǒng)模型，分析了懸架系統(tǒng)的相應(yīng)的車輪定位參數(shù)，然后利用ADAMS/Insight 模塊對該車輛懸架的定位參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化仿真，通過對優(yōu)化后的結(jié)果進(jìn)行分析，改善了懸架的運動學(xué)性能。

關(guān)鍵詞:麥弗遜式懸架車輪定位運動學(xué)優(yōu)化

0 引言

汽車懸架運動學(xué)及彈性運動學(xué)特性的設(shè)計成為汽車開發(fā)中的一項重要任務(wù)。 懸架運動學(xué)分析的主要內(nèi)容是研究車輪定位參數(shù)與車輪跳動量的關(guān)系。從中可以得到基本的車輪定位及變化特性信息。以懸架操縱穩(wěn)定性、平順性、汽車工作效率、安全可靠性為主要評價目標(biāo)，受到車身造型的制約及總布置的協(xié)調(diào)，在不同底盤調(diào)教風(fēng)格下，懸架在與之關(guān)系密切、性能日新月異的相關(guān)功能子系統(tǒng)，如轉(zhuǎn)向、輪胎、動力、制動相互作用下，可以確定自身相對最佳的性能指標(biāo)。本文在參考懸架設(shè)計相關(guān)知識的基礎(chǔ)上，以一般設(shè)計要求作為懸架運動學(xué)的優(yōu)化目標(biāo)。

1 仿真模型建立

1.1 某型轎車前懸架在MSC.ADAMS/Car中建立仿真模型。如圖1

1.2 將懸架模型與測試平臺裝配，按上下跳動量為-50至-50mm進(jìn)行平行跳動工況仿真。

1.3 調(diào)用 MSC.ADAMS/Solver解算，得到相關(guān)定位參數(shù)及特性曲線，參見優(yōu)化效果比較部分。

2 懸架運動特性優(yōu)化

2.1 懸架運動優(yōu)化 運用 MSC.ADAMS/Insight，通過對模型的硬點坐標(biāo)、彈性參數(shù)進(jìn)行多次修改迭代，可以對模型的某項或是多項性能指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化。從而改善懸架的運動學(xué)性能。選取設(shè)計變量較多， DOE設(shè)計矩陣復(fù)雜，運算量龐大，為此，優(yōu)化分析先針對輪距、后傾，后針對前束進(jìn)行。把擺臂前點(lca _front)、后點(lca_ rear)、球頭銷(lca_ outer)硬點的 9 個坐標(biāo)值(每個點有 X、Y、Z 三個方向坐標(biāo))作為設(shè)計變量，設(shè)定變動范圍在-8mm至8mm。以仿真過程中輪距的標(biāo)準(zhǔn)差 (Standard Deviation)、后傾平均(average value)值為設(shè)計目標(biāo)。系統(tǒng)創(chuàng)建工作矩陣，共進(jìn)行512次試驗，將進(jìn)行512次迭代解算。輪距、后傾等優(yōu)化后，前束變化量過大、且變化趨勢不理想，如圖2，以轉(zhuǎn)向拉桿內(nèi)、外點為設(shè)計變量，優(yōu)化前束，過程略。

2.2 優(yōu)化分析 以下是優(yōu)化前、后車輪定位參數(shù)的比較圖(實線為優(yōu)化前的曲線，虛線為優(yōu)化后的曲線):

2.2.1 主銷內(nèi)傾角(Kingpin_ Inclination_ Angle) 合理設(shè)置主銷內(nèi)傾角，利于保證低速行駛時的回正作用，主銷內(nèi)傾角的增大使內(nèi)傾回正力矩成比例的增大;為降低前橋的縱向力敏感性，設(shè)計趨勢是使主銷偏移距比較小或為負(fù)值，故一般需有較大的主銷內(nèi)傾角設(shè)計值，并且在車輪上下跳動行程中變化不要太大。圖中優(yōu)化后比優(yōu)化前增加了0.8度，變化趨勢相近，總體變化較小。

2.2.2 車輪外傾角(.Camber_Angle) 車身側(cè)傾時帶動車輪隨車身側(cè)傾，有使外傾角增大的效果，其結(jié)果是側(cè)偏剛度下降;通過對懸架導(dǎo)向機構(gòu)合理布置，車輪上跳時使車輪對車身的外傾減小(平行跳動曲線變化趨勢)，有助于使車輪對地外傾角變化不過大，保證車輪與地面有足夠的附著力。

為防止產(chǎn)生過度轉(zhuǎn)向效應(yīng)，必須控制上跳時車輪對車身的外傾減小程度，一般前側(cè)傾外傾系數(shù)為0.61至0.88，總的效果將為不足轉(zhuǎn)向。即一般要求兩側(cè)車輪平行跳動時變化量不能過大。同時為了不使獨立懸架安裝的車輪下跳時輪距減小過多，外傾角設(shè)置也應(yīng)當(dāng)適當(dāng)減小。優(yōu)化后變化趨勢不變，但更加平緩，較優(yōu)化前不會增加過多轉(zhuǎn)向。

2.2.3 車輪前束角(Toe_Angle) 基本的概念是”前輪前束的作用在于平衡外傾”，另有一些觀點認(rèn)為前輪前束的真正作用是補償和防止車輪后束，后束會導(dǎo)致行駛不穩(wěn)定，如果汽車帶有后束，行駛時當(dāng)一車輪處于直線行駛，另一車輪為后束，汽車將處于轉(zhuǎn)向狀態(tài)，同時由于處于前進(jìn)方向的車輪行駛阻力減小，而產(chǎn)生后束的車輪產(chǎn)生附加行駛阻力，促使汽車加劇轉(zhuǎn)向而失去穩(wěn)定行駛狀態(tài)。相反對于帶有前輪前束的汽車當(dāng)某一車輪瞬時處于直線行駛狀態(tài)時，另一側(cè)車輪將增加前束角汽車處于轉(zhuǎn)向狀態(tài)，但由于輪胎將增加前束而產(chǎn)生的附加阻力促使車輪回正，從而保持直線行駛穩(wěn)定性。優(yōu)化后前束只出現(xiàn)微小后束，最大前束值有微小上升，避免了優(yōu)化前較大后束的出現(xiàn)。

2.2.4 主銷后傾角(Caster Angle) 主銷后傾角的設(shè)計應(yīng)保證汽車具有合適的回正力矩，其穩(wěn)定效應(yīng)是發(fā)生在前輪轉(zhuǎn)向時憑借路面對輪胎的側(cè)向反力來實現(xiàn)的，較大時會使車輪支撐處反力矩過大，易造成車輪擺振或轉(zhuǎn)向盤上力的變化。一般不希望后傾角在車輪上下運動過程中出現(xiàn)大的變化，以免在載荷變化時出現(xiàn)回正力矩過大或過小的現(xiàn)象，使操縱穩(wěn)定性惡化。優(yōu)化后基本值下降約0.6度，變化趨勢相同，達(dá)到了降低基本值的優(yōu)化目標(biāo) 。

2.2.5 輪距(Total Track) 在獨立懸架設(shè)計中，一是要求輪距變化盡量小以減少輪胎的磨損，二是輪距的變化會引起滾動輪胎的側(cè)偏從而產(chǎn)生側(cè)向力輸入，較大的滾動阻力和使直線行駛性能下降。因此也要求輪距變化盡量地小，一般要求車輪跳動土50mm 時，輪距變化為l0mm。優(yōu)化后輪距變化為12mm，較優(yōu)化前的19mm有大幅下降，較為理想。

參考文獻(xiàn):

[1]余志生著.汽車結(jié)構(gòu).機械工業(yè)出版社2002.